JP7423635B2 - ショベル - Google Patents

Description

本開示は、ショベルに関する。

例えば、特許文献１には、操作部材の操作に応じたパイロット圧を出力するパイロット弁と、パイロット圧に応じて油圧アクチュエータを制御するアクチュエータ制御弁と、アクチュエータ制御弁へのパイロット圧の供給を遮断するロック弁と、を備え、ロック弁を解除してから所定時間未満にパイロット圧が所定圧力以上となると、ロック弁をロック状態に切り替える、作業車両が開示されている。

国際公開第２０１３／１７９５１７号

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、パイロット圧を検出して、操作部材の操作／誤操作を検出する。このため、パイロット圧が所定圧力以上に立ち上がるまでの間は若干アクチュエータが動いてしまうという課題がある。

そこで、上記課題に鑑み、操作者の意図しないアクチュエータの動作を防止するショベルを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態では、パイロット圧に基づいて、アクチュエータに供給される作動油を制御するコントロールバルブと、操作信号を出力する電気式操作装置と、ゲートロック装置と、前記コントロールバルブにパイロット圧を供給するパイロットラインに設けられ、前記ゲートロック装置の状態に応じて開閉し、ロック状態と解除状態とを切り替えるゲートロック弁と、前記パイロットラインに設けられる比例弁と、前記操作信号が入力され、前記比例弁を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ゲートロック装置により前記ゲートロック弁が前記ロック状態であって、前記電気式操作装置が操作されている場合、誤操作と判定する、ショベルが提供される。

上述の実施形態によれば、操作者の意図しないアクチュエータの動作を防止するショベルを提供することができる。

本発明の実施形態に係るショベルの側面図である。 図１のショベルの基本システムの構成例を示す図である。 図１のショベルに搭載される油圧システムの構成例を示す図である。 コントローラにおける自動制御の実行に関する機能要素の関係の一例を示すブロック図である。 各種指令値を算出する機能要素の構成例を示すブロック図である。 本実施形態に係るショベルの電気式操作システムの構成の一例を概略的に示す図。 コントローラの制御の一例を示すフローチャート。

図１は本発明の実施形態に係る掘削機としてのショベル１００の側面図である。ショベル１００の下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載されている。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。

ブーム４、アーム５及びバケット６は、アタッチメントの一例としての掘削アタッチメントを構成している。そして、ブーム４はブームシリンダ７により駆動され、アーム５はアームシリンダ８により駆動され、バケット６はバケットシリンダ９により駆動される。

具体的には、ブーム操作レバーの傾倒に応じてブームシリンダ７が駆動され、アーム操作レバーの傾倒に応じてアームシリンダ８が駆動され、バケット操作レバーの傾倒に応じてバケットシリンダ９が駆動される。同様に、右走行レバーの傾倒に応じて右側走行用油圧モータ１Ｒ（図２参照。）が駆動され、左走行レバーの傾倒に応じて左側走行用油圧モータ１Ｌ（図２参照。）が駆動され、旋回操作レバーの傾倒に応じて旋回用油圧モータ２Ａ（図２参照。）が駆動される。このように、各レバーの操作に応じて対応するアクチュエータが駆動されることで、操作者の手動操作によるショベル１００の制御（以下、「手動制御」とする。）が実行される。

また、ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられ、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられ、バケット６にはバケット角度センサＳ３が取り付けられている。

ブーム角度センサＳ１はブーム４の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、ブーム角度センサＳ１は加速度センサであり、上部旋回体３に対するブーム４の回動角度（以下、「ブーム角度」とする。）を検出できる。ブーム角度は、例えば、ブーム４を最も下げたときに最小角度となり、ブーム４を上げるにつれて大きくなる。

アーム角度センサＳ２はアーム５の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、アーム角度センサＳ２は加速度センサであり、ブーム４に対するアーム５の回動角度（以下、「アーム角度」とする。）を検出できる。アーム角度は、例えば、アーム５を最も閉じたときに最小角度となり、アーム５を開くにつれて大きくなる。

バケット角度センサＳ３はバケット６の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、バケット角度センサＳ３は加速度センサであり、アーム５に対するバケット６の回動角度（以下、「バケット角度」とする。）を検出できる。バケット角度は、例えば、バケット６を最も閉じたときに最小角度となり、バケット６を開くにつれて大きくなる。

ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２及びバケット角度センサＳ３はそれぞれ、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、連結ピン回りの回動角度を検出するロータリエンコーダ、慣性計測ユニット、ジャイロセンサ、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせ等であってもよい。

上部旋回体３には運転室であるキャビン１０が設けられ且つエンジン１１等の動力源が搭載されている。上部旋回体３には、コントローラ３０、表示装置４０、入力装置４２、音出力装置４３、記憶装置４７、緊急停止スイッチ４８、機体傾斜センサＳ４、旋回角速度センサＳ５、撮像装置Ｓ６、通信装置Ｔ１及び測位装置Ｐ１が取り付けられている。

コントローラ３０は、ショベル１００の駆動制御を行う制御装置として機能するように構成されている。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を含むコンピュータで構成されている。コントローラ３０によって提供される各機能は、例えば、ＲＯＭに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することで実現される。各機能は、例えば、操作者によるショベル１００の手動操作をガイド（案内）するマシンガイダンス機能、及び、操作者によるショベル１００の手動操作を自動的に支援するマシンコントロール機能を含む。コントローラ３０に含まれるマシンガイダンス装置５０（図２参照。）は、マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能を実行できるように構成されている。

表示装置４０は様々な情報を表示するように構成されている。表示装置４０は、ＣＡＮ等の通信ネットワークを介してコントローラ３０に接続されていてもよく、専用線を介してコントローラ３０に接続されていてもよい。

入力装置４２は、操作者が各種情報をコントローラ３０に入力できるように構成されている。入力装置４２は、例えば、キャビン１０内に設置されたタッチパネル、ノブスイッチ及びメンブレンスイッチ等の少なくとも１つを含む。

音出力装置４３は、音情報を出力するように構成されている。音出力装置４３は、例えば、コントローラ３０に接続される車載スピーカであってもよく、ブザー等の警報器であってもよい。本実施形態では、音出力装置４３は、コントローラ３０からの指令に応じて様々な音情報を出力する。

記憶装置４７は、様々な情報を記憶するように構成されている。記憶装置４７は、例えば、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体である。記憶装置４７は、ショベル１００の動作中に様々な機器が出力する情報を記憶してもよく、ショベル１００の動作が開始される前に様々な機器を介して取得される情報を記憶してもよい。記憶装置４７は、例えば、通信装置Ｔ１等を介して取得される目標施工面に関するデータを記憶してもよい。目標施工面は、ショベル１００の操作者が設定したものであってもよく、施工管理者等が設定したものであってもよい。

緊急停止スイッチ４８は、ショベル１００の動きを停止させるためのスイッチとして機能するように構成されている。緊急停止スイッチ４８は、例えば、キャビン１０内で運転席に着座する操作者が操作できる位置に設置されたスイッチである。本実施形態では、緊急停止スイッチ４８は、キャビン１０内で操作者の足下に設置されている足踏みスイッチである。緊急停止スイッチ４８は、操作者によって操作されると、エンジン制御ユニットに対して指令を出力し、エンジン１１を停止させる。なお、緊急停止スイッチ４８は、運転席の周囲に設置されている手押しスイッチであってもよい。

機体傾斜センサＳ４は上部旋回体３の傾斜を検出するように構成されている。本実施形態では、機体傾斜センサＳ４は、仮想水平面に対する上部旋回体３の傾斜を検出する加速度センサである。機体傾斜センサＳ４は、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせであってもよく、慣性計測ユニット等であってもよい。機体傾斜センサＳ４は、例えば、上部旋回体３の前後軸回りの傾斜角（ロール角）及び左右軸回りの傾斜角（ピッチ角）を検出する。上部旋回体３の前後軸及び左右軸は、例えば、ショベル１００の旋回軸上の一点であるショベル中心点で互いに直交する。

撮像装置Ｓ６はショベル１００の周辺の画像を取得するように構成されている。本実施形態では、撮像装置Ｓ６は、ショベル１００の前方の空間を撮像する前カメラＳ６Ｆ、ショベル１００の左方の空間を撮像する左カメラＳ６Ｌ、ショベル１００の右方の空間を撮像する右カメラＳ６Ｒ、及び、ショベル１００の後方の空間を撮像する後カメラＳ６Ｂを含む。

撮像装置Ｓ６は、例えば、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ等の撮像素子を有する単眼カメラであり、撮影した画像を表示装置４０に出力する。撮像装置Ｓ６は、空間認識装置Ｓ７（図２参照。）として機能するように構成されていてもよい。空間認識装置Ｓ７は、ショベル１００の周囲の三次元空間に存在する物体を検知できるように構成される。物体は、例えば、人、動物、ショベル、機械又は建屋等の少なくとも１つである。空間認識装置Ｓ７は、空間認識装置Ｓ７又はショベル１００と空間認識装置Ｓ７が検知した物体との間の距離を算出できるように構成されていてもよい。空間認識装置Ｓ７は、超音波センサ、ミリ波レーダ、単眼カメラ、ステレオカメラ、ＬＩＤＡＲ、距離画像センサ又は赤外線センサ等であってもよい。

前カメラＳ６Ｆは、例えば、キャビン１０の天井、すなわちキャビン１０の内部に取り付けられている。但し、前カメラＳ６Ｆは、キャビン１０の屋根、すなわちキャビン１０の外部に取り付けられていてもよい。左カメラＳ６Ｌは、上部旋回体３の上面左端に取り付けられ、右カメラＳ６Ｒは、上部旋回体３の上面右端に取り付けられ、後カメラＳ６Ｂは、上部旋回体３の上面後端に取り付けられている。

通信装置Ｔ１は、ショベル１００の外部にある外部機器との通信を制御するように構成されている。本実施形態では、通信装置Ｔ１は、衛星通信網、携帯電話通信網、近距離無線通信網及びインターネット網等の少なくとも１つを介した外部機器との通信を制御する。

測位装置Ｐ１は、上部旋回体３の位置を測定するように構成されている。測位装置Ｐ１は、上部旋回体３の向きを測定できるように構成されていてもよい。測位装置Ｐ１は、例えばＧＮＳＳコンパスであり、上部旋回体３の位置及び向きを検出し、検出値をコントローラ３０に対して出力する。そのため、測位装置Ｐ１は、上部旋回体３の向きを検出する向き検出装置としても機能し得る。向き検出装置は、上部旋回体３に取り付けられた方位センサであってもよい。また、上部旋回体３の位置及び向きは、旋回角速度センサＳ５によって測定されるように構成されていてもよい。

旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角速度を検出するように構成されている。旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角度を検出或いは算出できるように構成されていてもよい。本実施形態では、旋回角速度センサＳ５は、ジャイロセンサである。旋回角速度センサＳ５は、レゾルバ、ロータリエンコーダ又は慣性計測ユニット等であってもよい。

図２は、ショベル１００の基本システムの構成例を示すブロック図であり、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットライン及び電気制御ラインをそれぞれ二重線、実線、破線及び点線で示している。

ショベル１００の基本システムは、主に、エンジン１１、レギュレータ１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、吐出圧センサ２８、コントローラ３０及び比例弁３１等を含む。

エンジン１１は、ショベル１００の駆動源である。本実施形態では、エンジン１１は、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５のそれぞれの入力軸に連結されている。

メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブ１７に供給するように構成されている。本実施形態では、メインポンプ１４は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御するように構成されている。本実施形態では、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの指令に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによってメインポンプ１４の吐出量を制御する。コントローラ３０は、例えば、操作装置２６及び吐出圧センサ２８等の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３に対して指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。

パイロットポンプ１５は、パイロットラインを介して比例弁３１を含む油圧制御機器に作動油を供給するように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。但し、パイロットポンプ１５は、省略されてもよい。この場合、パイロットポンプ１５が担っていた機能は、メインポンプ１４によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ１４は、コントロールバルブ１７に作動油を供給する機能とは別に、絞り等により作動油の圧力を低下させた後で比例弁３１等に作動油を供給する機能を備えていてもよい。

コントロールバルブ１７は、ショベル１００における油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブ１７は、制御弁１７１～１７６を含む。コントロールバルブ１７は、制御弁１７１～１７６を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できる。制御弁１７１～１７６は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左側走行用油圧モータ１Ｌ、右側走行用油圧モータ１Ｒ及び旋回用油圧モータ２Ａを含む。旋回用油圧モータ２Ａは、電動アクチュエータとしての旋回用電動発電機であってもよい。

操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも一方を含む。本実施形態では、操作装置２６は、アクチュエータ（ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左側走行用油圧モータ１Ｌ、右側走行用油圧モータ１Ｒ、旋回用油圧モータ２Ａ）にそれぞれ対応するレバー（ブーム操作レバー、アーム操作レバー、バケット操作レバー、左走行レバー、右走行レバー、旋回操作レバー）を有している。操作装置２６は、各レバーの操作方向及び操作量を検出し、検出した操作方向及び操作量を操作データ（電気信号）としてコントローラ３０に対して出力する。

吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出するように構成されている。本実施形態では、吐出圧センサ２８は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

比例弁３１（電磁比例弁）は、パイロットポンプ１５とコントロールバルブ１７（制御弁１７１～１７６）とを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁３１は、コントローラ３０が出力する指令に応じて動作する電磁弁である。例えば、手動制御時において、コントローラ３０は、操作装置２６の操作方向及び操作量に応じて、比例弁３１の開度を制御する。これにより、操作者による操作装置２６の操作に応じて、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１を介し、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁１７１～１７６のパイロットポートに供給できる。また、比例弁３１は、マシンコントロール用制御弁として機能する。そのため、コントローラ３０は、操作者による操作装置２６の操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１を介し、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁１７１～１７６のパイロットポートに供給できる。この構成により、コントローラ３０は、特定の操作装置２６に対する操作が行われていない場合であっても、その特定の操作装置２６に対応する油圧アクチュエータを動作させることができる。

次に、コントローラ３０に含まれているマシンガイダンス装置５０について説明する。マシンガイダンス装置５０は、例えば、マシンガイダンス機能を実行するように構成されている。本実施形態では、マシンガイダンス装置５０は、例えば、目標施工面とアタッチメントの作業部位との間の距離等の作業情報を操作者に伝える。目標施工面に関するデータは、例えば、記憶装置４７に予め記憶されている。そして、目標施工面に関するデータは、例えば、基準座標系で表現されている。基準座標系は、例えば、世界測地系である。操作者は、施工現場の任意の点を基準点として定め、目標施工面上の各点と基準点との相対的な位置関係により目標施工面を設定してもよい。アタッチメントの作業部位は、例えば、バケット６の爪先又はバケット６の背面等である。マシンガイダンス装置５０は、表示装置４０及び音出力装置４３等の少なくとも１つを介して作業情報を操作者に伝えることでショベル１００の操作をガイドする。

マシンガイダンス装置５０は、操作者によるショベル１００の手動操作を自動的に支援するマシンコントロール機能を実行してもよい。例えば、マシンガイダンス装置５０は、操作者が手動で掘削操作を行っているときに、目標施工面とバケット６の先端位置との間の距離が所定値で維持されるようにブーム４、アーム５及びバケット６の少なくとも１つを自動的に動作させてもよい。

本実施形態では、マシンガイダンス装置５０は、コントローラ３０に組み込まれているが、コントローラ３０とは別に設けられた制御装置であってもよい。この場合、マシンガイダンス装置５０は、例えば、コントローラ３０と同様、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を含むコンピュータで構成される。そして、マシンガイダンス装置５０によって提供される各機能は、ＲＯＭ等に格納されたプログラムをＣＰＵが実行することで実現される。また、マシンガイダンス装置５０とコントローラ３０とはＣＡＮ等の通信ネットワークを通じて互いに通信可能に接続される。

具体的には、マシンガイダンス装置５０は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、機体傾斜センサＳ４、旋回角速度センサＳ５、撮像装置Ｓ６、測位装置Ｐ１、通信装置Ｔ１及び入力装置４２等の少なくとも１つから情報を取得する。そして、マシンガイダンス装置５０は、例えば、取得した情報に基づいてバケット６と目標施工面との間の距離を算出し、音及び光（画像表示）の少なくとも一方により、バケット６と目標施工面との間の距離の大きさをショベル１００の操作者に伝えるようにする。

また、マシンガイダンス装置５０は、手動操作を自動的に支援するマシンコントロール機能を実行可能とするため、位置算出部５１、距離算出部５２、情報伝達部５３及び自動制御部５４を有する。

位置算出部５１は、対象の位置を算出するように構成されている。本実施形態では、位置算出部５１は、アタッチメントの作業部位の基準座標系における座標点を算出する。具体的には、位置算出部５１は、ブーム４、アーム５及びバケット６のそれぞれの回動角度からバケット６の爪先の座標点を算出する。位置算出部５１は、バケット６の爪先の中央の座標点だけでなく、バケット６の爪先の左端の座標点、及び、バケット６の爪先の右端の座標点を算出してもよい。この場合、機体傾斜センサＳ４の出力が利用されてもよい。

距離算出部５２は、２つの対象間の距離を算出するように構成されている。本実施形態では、距離算出部５２は、バケット６の爪先と目標施工面との間の鉛直距離を算出する。距離算出部５２は、ショベル１００が目標施工面に正対しているか否かをマシンガイダンス装置５０が判定できるよう、バケット６の爪先の左端及び右端のそれぞれの座標点と目標施工面との間の距離（例えば鉛直距離）を算出してもよい。

情報伝達部５３は、様々な情報をショベル１００の操作者に伝えるように構成されている。本実施形態では、情報伝達部５３は、距離算出部５２が算出した距離の大きさをショベル１００の操作者に伝える。具体的には、情報伝達部５３は、視覚情報及び聴覚情報を用いて、バケット６の爪先と目標施工面との間の鉛直距離の大きさをショベル１００の操作者に伝える。

例えば、情報伝達部５３は、音出力装置４３による断続音を用いて、バケット６の爪先と目標施工面との間の鉛直距離の大きさを操作者に伝えてもよい。この場合、情報伝達部５３は、鉛直距離が小さくなるほど、断続音の間隔を短くしてもよい。情報伝達部５３は、連続音を用いてもよく、音の高低又は強弱等を変化させて鉛直距離の大きさの違いを表すようにしてもよい。また、情報伝達部５３は、バケット６の爪先が目標施工面よりも低い位置になった場合には警報を発してもよい。警報は、例えば、断続音より顕著に大きい連続音である。

情報伝達部５３は、バケット６の爪先と目標施工面との間の鉛直距離の大きさを作業情報として表示装置４０に表示させてもよい。表示装置４０は、例えば、撮像装置Ｓ６から受信した画像データと共に、情報伝達部５３から受信した作業情報を画面に表示する。情報伝達部５３は、例えば、アナログメータの画像又はバーグラフインジケータの画像等を用いて鉛直距離の大きさを操作者に伝えるようにしてもよい。

自動制御部５４は、アクチュエータを自動的に動作させることで操作者によるショベル１００の手動操作を自動的に支援するように構成されている。例えば、自動制御部５４は、操作者が手動でアーム閉じ操作を行っている場合に、目標施工面とバケット６の爪先との間の距離が所定値で維持されるようにブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９の少なくとも１つを自動的に伸縮させてもよい。この場合、操作者は、例えば、アーム操作レバーを閉じ方向に操作するだけで、目標施工面とバケット６の爪先との間の距離を維持しながら、アーム５を閉じることができる。このような自動制御は、入力装置４２の１つである所定のスイッチが押されたときに実行されるように構成されていてもよい。すなわち、自動制御部５４は、所定のスイッチが押されたときに、ショベル１００の動作モードを手動制御モードから自動制御モードに切り換えてもよい。手動制御モードは、手動制御が実行される動作モードを意味し、自動制御モードは、自動制御が実行される動作モードを意味する。所定のスイッチは、例えば、マシンコントロールスイッチ（以下、「ＭＣスイッチ４２Ａ」とする。）であり、押しボタンスイッチとして操作レバーの把持部に配置されていてもよい。この場合、操作者は、ＭＣスイッチ４２Ａをもう一度押すことで、ショベル１００の動作モードを自動制御モードから手動制御モードに切り換えてもよく、ＭＣスイッチ４２Ａとは別のスイッチであるマシンコントロール停止スイッチ（以下、「ＭＣ停止スイッチ４２Ｂ」とする。）を押すことでショベル１００の動作モードを自動制御モードから手動制御モードに切り換えてもよい。ＭＣ停止スイッチ４２Ｂは、ＭＣスイッチ４２Ａに隣接して配置されていてもよく、別の操作レバーの把持部に配置されていてもよい。或いは、ＭＣ停止スイッチ４２Ｂは省略されてもよい。

或いは、このような自動制御は、ＭＣスイッチ４２Ａが押されているときに実行されるように構成されていてもよい。この場合、操作者は、例えば、アーム操作レバーの把持部にあるＭＣスイッチ４２Ａを押しながらアーム操作レバーをアーム閉じ方向に操作するだけで、目標施工面とバケット６の爪先との間の距離を維持しながらアーム５を閉じることができる。アームシリンダ８によるアーム閉じ動作に対応してブームシリンダ７及びバケットシリンダ９が自動的に追従して動くためである。また、操作者は、ＭＣスイッチ４２Ａから指を離すだけで自動制御を中止させることができる。以下では、目標施工面とバケット６の爪先との間の距離を維持しながら掘削アタッチメントを自動的に動作させる制御を自動制御（マシンコントロール機能）の一つである「自動掘削制御」と称する。

自動制御部５４は、ＭＣスイッチ４２Ａ等の所定のスイッチが押されたときに、上部旋回体３を目標施工面に正対させるべく旋回用油圧モータ２Ａを自動的に回転させてもよい。この場合、操作者は、所定のスイッチを押すだけで、若しくは、所定のスイッチを押した状態で旋回操作レバーを操作するだけで、上部旋回体３を目標施工面に正対させることができる。或いは、操作者は、所定のスイッチを押すだけで、上部旋回体３を目標施工面に正対させ、且つ、マシンコントロール機能を開始させること、すなわち、ショベル１００の状態を、自動制御を実行可能な状態にすることができる。以下では、上部旋回体３を目標施工面に正対させる制御を自動制御（マシンコントロール機能）の一つである「自動正対制御」と称する。

自動制御部５４は、ＭＣスイッチ４２Ａ等の所定のスイッチが押されたときに、ブーム上げ旋回又はブーム下げ旋回を自動的に実行するように構成されていてもよい。この場合、操作者は、所定のスイッチを押すだけで、若しくは、所定のスイッチを押した状態で旋回操作レバーを操作するだけで、ブーム上げ旋回又はブーム下げ旋回を開始させることができる。以下では、ブーム上げ旋回又はブーム下げ旋回を自動的に開始させる制御を自動制御（マシンコントロール機能）の一つである「自動複合旋回制御」と称する。

本実施形態では、自動制御部５４は、各アクチュエータに対応する制御弁に作用するパイロット圧を個別に且つ自動的に調節することで各アクチュエータを個別に且つ自動的に動作させることができる。

自動制御部５４は、所定条件が満たされた場合に自動制御を停止させるように構成されていてもよい。「所定条件が満たされた場合」は、例えば、「ショベル１００の動きに関する情報が通常とは異なる傾向を示す場合」を含んでいてもよい。以下では、所定条件が満たされた場合に自動制御を停止させる機能を「非常停止機能」と称する。

「ショベル１００の動きに関する情報」は、例えば、「操作装置２６に対する操作に関する情報」である。自動制御部５４は、例えば、操作装置２６が急激に操作された場合に、「ショベル１００の動きに関する情報が通常とは異なる傾向を示している」と判定するように構成されていてもよい。或いは、「ショベル１００の動きに関する情報」は、「上部旋回体３に搭載される旋回操作レバーに対する操作に関する情報」であってもよい。この場合、自動制御部５４は、例えば、自動制御としての自動正対制御又は自動複合旋回制御によって実行される旋回とは逆の方向に上部旋回体３を旋回させる操作が行われた場合に、「ショベル１００の動きに関する情報が通常とは異なる傾向を示している」と判定するように構成されていてもよい。そして、「ショベル１００の動きに関する情報が通常とは異なる傾向を示している」と判定した場合、自動制御部５４は、自動制御を停止させるように構成されていてもよい。

「所定条件が満たされた場合」は、例えば、「上部旋回体３の傾斜が所定の状態となった場合」等、「ショベル１００の不安定さが増大した場合」を含んでいてもよい。「上部旋回体３の傾斜が所定の状態となった場合」は、例えば、「上部旋回体３のピッチ角が所定角度となった場合」、「ピッチ角の変化速度（変化率）の絶対値が所定値以上となった場合」、及び、「ピッチ角の変化量が所定値以上となった場合」等を含む。ロール角についても同様である。この場合、自動制御部５４は、機体傾斜センサＳ４の出力に基づいて自動制御を停止させるように構成されていてもよい。具体的には、自動制御部５４は、機体傾斜センサＳ４の出力に基づいて上部旋回体３のピッチ角が所定角度となったことを検出した場合に、自動制御を停止させ、ショベル１００の動作モードを自動制御モードから手動制御モードへ切り換えてもよい。

また、「所定条件が満たされた場合」は、例えば、「操作者の足下に設置された足踏みスイッチである緊急停止スイッチ４８が踏み込まれた場合」を含んでいてもよい。

次に図３を参照し、ショベル１００に搭載される油圧システムの構成例について説明する。図３は、図１のショベル１００に搭載される油圧システムの構成例を示す。図３は、図２と同様に、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットライン及び電気制御ラインを、それぞれ二重線、実線、破線及び点線で示している。

油圧システムは、エンジン１１によって駆動される左メインポンプ１４Ｌから、左センターバイパス管路４０Ｌ又は左パラレル管路４２Ｌを経て作動油タンクまで作動油を循環させ、且つ、エンジン１１によって駆動される右メインポンプ１４Ｒから右センターバイパス管路４０Ｒ又は右パラレル管路４２Ｒを経て作動油タンクまで作動油を循環させている。左メインポンプ１４Ｌ及び右メインポンプ１４Ｒは、図２のメインポンプ１４に対応する。

左センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７１、１７３、１７５Ｌ及び１７６Ｌを通る作動油ラインである。右センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７２、１７４、１７５Ｒ及び１７６Ｒを通る作動油ラインである。制御弁１７５Ｌ及び１７５Ｒは、図２の制御弁１７５に対応する。制御弁１７６Ｌ及び１７６Ｒは、図２の制御弁１７６に対応する。

制御弁１７１は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左側走行用油圧モータ１Ｌへ供給し、且つ、左側走行用油圧モータ１Ｌが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７２は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油を右側走行用油圧モータ１Ｒへ供給し、且つ、右側走行用油圧モータ１Ｒが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７３は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を旋回用油圧モータ２Ａへ供給し、且つ、旋回用油圧モータ２Ａが吐出する作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７４は、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をバケットシリンダ９へ供給し、且つ、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７５Ｌは、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７５Ｒは、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給し、且つ、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７６Ｌは、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

制御弁１７６Ｒは、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクへ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。

左パラレル管路４２Ｌは、左センターバイパス管路４０Ｌに並行する作動油ラインである。左パラレル管路４２Ｌは、制御弁１７１、１７３、１７５Ｌの何れかによって左センターバイパス管路４０Ｌを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。右パラレル管路４２Ｒは、右センターバイパス管路４０Ｒに並行する作動油ラインである。右パラレル管路４２Ｒは、制御弁１７２、１７４、１７５Ｒの何れかによって右センターバイパス管路４０Ｒを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。

左レギュレータ１３Ｌは、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御できるように構成されている。本実施形態では、左レギュレータ１３Ｌは、例えば、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。右レギュレータ１３Ｒは、右メインポンプ１４Ｒの吐出量を制御できるように構成されている。本実施形態では、右レギュレータ１３Ｒは、例えば、右メインポンプ１４Ｒの吐出圧に応じて右メインポンプ１４Ｒの斜板傾転角を調節することによって、右メインポンプ１４Ｒの吐出量を制御する。左レギュレータ１３Ｌ及び右レギュレータ１３Ｒは、図２のレギュレータ１３に対応する。左レギュレータ１３Ｌは、例えば、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧の増大に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節して吐出量を減少させる。右レギュレータ１３Ｒについても同様である。吐出圧と吐出量との積で表されるメインポンプ１４の吸収馬力がエンジン１１の出力馬力を超えないようにするためである。

左吐出圧センサ２８Ｌは、吐出圧センサ２８の一例であり、左メインポンプ１４Ｌの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。右吐出圧センサ２８Ｒについても同様である。

ここで、図３の油圧システムで採用されるネガティブコントロール制御について説明する。

左センターバイパス管路４０Ｌには、最も下流にある制御弁１７６Ｌと作動油タンクとの間に左絞り１８Ｌが配置されている。左メインポンプ１４Ｌが吐出した作動油の流れは、左絞り１８Ｌで制限される。そして、左絞り１８Ｌは、左レギュレータ１３Ｌを制御するための制御圧を発生させる。左制御圧センサ１９Ｌは、制御圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。右センターバイパス管路４０Ｒには、最も下流にある制御弁１７６Ｒと作動油タンクとの間に右絞り１８Ｒが配置されている。右メインポンプ１４Ｒが吐出した作動油の流れは、右絞り１８Ｒで制限される。そして、右絞り１８Ｒは、右レギュレータ１３Ｒを制御するための制御圧を発生させる。右制御圧センサ１９Ｒは、制御圧を検出するためのセンサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

コントローラ３０は、制御圧に応じて左メインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節することによって、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。コントローラ３０は、制御圧が大きいほど左メインポンプ１４Ｌの吐出量を減少させ、制御圧が小さいほど左メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させる。右メインポンプ１４Ｒの吐出量も同様に制御される。

具体的には、図３で示されるように、ショベル１００における油圧アクチュエータが何れも操作されていない待機状態の場合、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、左センターバイパス管路４０Ｌを通って左絞り１８Ｌに至る。そして、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油の流れは、左絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を増大させる。その結果、コントローラ３０は、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を許容最小吐出量まで減少させ、吐出した作動油が左センターバイパス管路４０Ｌを通過する際の圧力損失（ポンピングロス）を抑制する。一方、何れかの油圧アクチュエータが操作された場合、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、操作対象の油圧アクチュエータに対応する制御弁を介して、操作対象の油圧アクチュエータに流れ込む。そして、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油の流れは、左絞り１８Ｌに至る量を減少或いは消失させ、左絞り１８Ｌの上流で発生する制御圧を低下させる。その結果、コントローラ３０は、左メインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させ、操作対象の油圧アクチュエータに十分な作動油を循環させ、操作対象の油圧アクチュエータの駆動を確かなものとする。右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油についても同様である。

上述のような構成により、図３の油圧システムは、待機状態においては、左メインポンプ１４Ｌ及び右メインポンプ１４Ｒのそれぞれにおける無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、左メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油が左センターバイパス管路４０Ｌで発生させるポンピングロス、及び、右メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油が右センターバイパス管路４０Ｒで発生させるポンピングロスを含む。また、図３の油圧システムは、油圧アクチュエータを作動させる場合には、左メインポンプ１４Ｌ及び右メインポンプ１４Ｒのそれぞれから必要十分な作動油を作動対象の油圧アクチュエータに供給できる。

次に、アクチュエータを自動的に動作させる構成について説明する。ブーム操作レバー２６Ａは、操作装置２６の一例であり、ブーム４を操作するために用いられる。ブーム操作レバー２６Ａは、操作方向及び操作量を検出し、検出した操作方向及び操作量を操作データ（電気信号）としてコントローラ３０に対して出力する。手動制御時において、ブーム上げ方向にブーム操作レバー２６Ａが操作された場合、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａの操作量に応じて比例弁３１ＡＬの開度を制御する。これにより、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、ブーム操作レバー２６Ａの操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７５Ｌの右側パイロットポートと制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに作用させる。また、手動制御時において、ブーム下げ方向にブーム操作レバー２６Ａが操作された場合、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａの操作量に応じて比例弁３１ＡＲの開度を制御する。これにより、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、ブーム操作レバー２６Ａの操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに作用させる。

比例弁３１ＡＬ、３１ＡＲは、比例弁３１の一例であるブーム比例弁３１Ａを構成する。比例弁３１ＡＬは、コントローラ３０が調節する電流指令に応じて動作する。コントローラ３０は、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＡＬを介して制御弁１７５Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調節する。比例弁３１ＡＲは、コントローラ３０が調節する電流指令に応じて動作する。コントローラ３０は、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＡＲを介して制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調節する。比例弁３１ＡＬ、３１ＡＲは、制御弁１７５Ｌ、１７５Ｒを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調節可能である。

この構成により、コントローラ３０は、自動掘削制御の際には、操作者によるブーム上げ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＡＬを介し、制御弁１７５Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７５Ｒの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、ブーム４を自動的に上げることができる。また、コントローラ３０は、操作者によるブーム下げ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＡＲを介し、制御弁１７５Ｒの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、ブーム４を自動的に下げることができる。

アーム操作レバー２６Ｂは、操作装置２６の一例であり、アーム５を操作するために用いられる。アーム操作レバー２６Ｂは、操作方向及び操作量を検出し、検出した操作方向及び操作量を操作データ（電気信号）としてコントローラ３０に対して出力する。手動制御時において、アーム開き方向にアーム操作レバー２６Ｂが操作された場合、コントローラ３０は、アーム操作レバー２６Ｂの操作量に応じて比例弁３１ＢＲの開度を制御する。これにより、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、アーム操作レバー２６Ｂの操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７６Ｌの左側パイロットポートと制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに作用させる。また、手動制御時において、アーム閉じ方向にアーム操作レバー２６Ｂが操作された場合、コントローラ３０は、アーム操作レバー２６Ｂの操作量に応じて比例弁３１ＢＬの開度を制御する。これにより、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を利用し、アーム操作レバー２６Ｂの操作量に応じたパイロット圧を制御弁１７６Ｌの右側パイロットポートと制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートとに作用させる。

比例弁３１ＢＬ、３１ＢＲは、比例弁３１の一例であるアーム比例弁３１Ｂを構成する。比例弁３１ＢＬは、コントローラ３０が調節する電流指令に応じて動作する。コントローラ３０は、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＢＬを介して制御弁１７６Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調節する。比例弁３１ＢＲは、コントローラ３０が調節する電流指令に応じて動作する。コントローラ３０は、パイロットポンプ１５から比例弁３１ＢＲを介して制御弁１７６Ｌの左側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに導入される作動油によるパイロット圧を調節する。比例弁３１ＢＬ、３１ＢＲは、制御弁１７６Ｌ、１７６Ｒを任意の弁位置で停止できるようにパイロット圧を調節可能である。

この構成により、コントローラ３０は、操作者によるアーム閉じ操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＢＬを介し、制御弁１７６Ｌの右側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの左側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、アーム５を自動的に閉じることができる。また、コントローラ３０は、操作者によるアーム開き操作とは無関係に、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１ＢＲを介し、制御弁１７６Ｌの左側パイロットポート及び制御弁１７６Ｒの右側パイロットポートに供給できる。すなわち、コントローラ３０は、アーム５を自動的に開くことができる。

これにより、自動掘削制御においては、アーム操作レバー２６Ｂの操作量に応じて、アームシリンダ８及びブームシリンダ７が自動で動作することにより、作業部位の速度制御、若しくは、位置制御が実行される。

ショベル１００は、上部旋回体３を自動的に左旋回・右旋回させるための構成、バケット６を自動的に開閉させるための構成、及び、下部走行体１を自動的に前進・後進させるための構成を備えていてもよい。この場合、旋回用油圧モータ２Ａに関する油圧システム部分、バケットシリンダ９の操作に関する油圧システム部分、左側走行用油圧モータ１Ｌの操作に関する油圧システム部分、及び、右側走行用油圧モータ１Ｒの操作に関する油圧システム部分は、ブームシリンダ７の操作に関する油圧システム部分等と同じように構成されてもよい。

次に、図４を参照し、コントローラ３０による自動制御の詳細について説明する。図４は、コントローラ３０における自動制御の実行に関する機能要素Ｆ２～Ｆ６の関係の一例を示すブロック図である。

コントローラ３０は、図４に示すように、自動制御の実行に関する機能要素Ｆ２～Ｆ６を有する。機能要素は、ソフトウェアで構成されていてもよく、ハードウェアで構成されていてもよく、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせで構成されていてもよい。

機能要素Ｆ２は、目標軌道を生成するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ２は、記憶装置４７に記憶されている設計データを参照し、法面仕上げ作業の際にバケット６の爪先が辿るべき軌道を生成する。

機能要素Ｆ３は、ショベル１００の動作モードを切り換えできるように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ３は、ＭＣスイッチ４２ＡからのＯＮ指令を受けたときに、ショベル１００の動作モードを手動制御モードから自動制御モードに切り換え、ＭＣ停止スイッチ４２ＢからのＯＦＦ指令を受けたときに、ショベル１００の動作モードを自動制御モードから手動制御モードに切り換える。

自動制御モードに切り換えられると、操作装置２６の出力である操作データは、機能要素Ｆ５に供給される。手動制御モードに切り換えられると、操作装置２６の出力である操作データは、機能要素Ｆ６に供給される。

機能要素Ｆ４は、現在の爪先位置を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ４は、ブーム角度センサＳ１が検出したブーム角度αと、アーム角度センサＳ２が検出したアーム角度βと、バケット角度センサＳ３が検出したバケット角度γとに基づき、バケット６の爪先の座標点を現在の爪先位置として算出する。機能要素Ｆ４は、現在の爪先位置を算出する際に、機体傾斜センサＳ４の出力を利用してもよい。

機能要素Ｆ５は、自動制御モードが選択されているときに、次の爪先位置を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ５は、自動制御モードが選択されているときに、操作装置２６が出力する操作データと、機能要素Ｆ２が生成した目標軌道と、機能要素Ｆ４が算出した現在の爪先位置とに基づき、所定時間後の爪先位置を目標爪先位置として算出する。

機能要素Ｆ６は、アクチュエータを動作させるための指令値を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ６は、自動制御モードが選択されているときには、現在の爪先位置を目標爪先位置に移動させるために、機能要素Ｆ５が算出した目標爪先位置に基づき、ブーム指令値α^＊、アーム指令値β^＊、及びバケット指令値γ^＊のうちの少なくとも１つを算出する。

また、機能要素Ｆ６は、手動制御モードが選択されているときには、操作データに応じたアクチュエータの動きを実現させるために、操作データに基づき、ブーム指令値α^＊、アーム指令値β^＊、及びバケット指令値γ^＊のうちの少なくとも１つを算出する。

機能要素Ｆ６は、自動制御モードが選択されている場合には、ブーム操作レバー２６Ａが操作されていないときであっても、必要に応じてブーム指令値α^＊を算出する。ブーム４を自動的に動作させるためである。アーム５及びバケット６についても同様である。

一方、機能要素Ｆ６は、手動制御モードが選択されている場合には、ブーム操作レバー２６Ａが操作されていないときにブーム指令値α^＊を算出することはない。手動制御モードでは、ブーム操作レバー２６Ａが操作されない限り、ブーム４を動作させることはないためである。アーム５及びバケット６についても同様である。

次に、図５を参照し、機能要素Ｆ６の詳細について説明する。図５は、各種指令値を算出する機能要素Ｆ６の構成例を示すブロック図である。

コントローラ３０は、図５に示すように、指令値の生成に関する機能要素Ｆ１１～Ｆ１３、Ｆ２１～Ｆ２３及びＦ３１～Ｆ３３を更に有する。機能要素は、ソフトウェアで構成されていてもよく、ハードウェアで構成されていてもよく、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせで構成されていてもよい。

機能要素Ｆ１１～Ｆ１３は、ブーム指令値α^＊に関する機能要素であり、機能要素Ｆ２１～Ｆ２３は、アーム指令値β^＊に関する機能要素であり、機能要素Ｆ３１～Ｆ３３は、バケット指令値γ^＊に関する機能要素である。

機能要素Ｆ１１、Ｆ２１及びＦ３１は、比例弁３１に対して出力される電流指令を生成するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ１１は、ブーム比例弁３１Ａ（図３参照。）に対してブーム電流指令を出力し、機能要素Ｆ２１は、アーム比例弁３１Ｂ（図３参照。）に対してアーム電流指令を出力し、機能要素Ｆ３１は、バケット比例弁３１Ｃに対してバケット電流指令を出力する。

機能要素Ｆ１２、Ｆ２２及びＦ３２は、スプール弁を構成するスプールの変位量を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ１２は、ブームスプール変位センサＳ１１の出力に基づき、ブームシリンダ７に関する制御弁１７５を構成するブームスプールの変位量を算出する。機能要素Ｆ２２は、アームスプール変位センサＳ１２の出力に基づき、アームシリンダ８に関する制御弁１７６を構成するアームスプールの変位量を算出する。機能要素Ｆ２３は、バケットスプール変位センサＳ１３の出力に基づき、バケットシリンダ９に関する制御弁１７４を構成するバケットスプールの変位量を算出する。

機能要素Ｆ１３、Ｆ２３及びＦ３３は、作業体の回動角度を算出するように構成されている。本実施形態では、機能要素Ｆ１３は、ブーム角度センサＳ１の出力に基づき、ブーム角度αを算出する。機能要素Ｆ２３は、アーム角度センサＳ２の出力に基づき、アーム角度βを算出する。機能要素Ｆ３３は、バケット角度センサＳ３の出力に基づき、バケット角度γを算出する。

具体的には、機能要素Ｆ１１は、基本的に、機能要素Ｆ６が生成したブーム指令値α^＊と機能要素Ｆ１３が算出したブーム角度αとの差がゼロになるように、ブーム比例弁３１Ａに対するブーム電流指令を生成する。その際に、機能要素Ｆ１１は、ブーム電流指令から導き出される目標ブームスプール変位量と機能要素Ｆ１２が算出したブームスプール変位量との差がゼロになるように、ブーム電流指令を調節する。そして、機能要素Ｆ１１は、その調節後のブーム電流指令をブーム比例弁３１Ａに対して出力する。

ブーム比例弁３１Ａは、ブーム電流指令に応じて開口面積を変化させ、ブーム指令電流の大きさに対応するパイロット圧を制御弁１７５のパイロットポートに作用させる。制御弁１７５は、パイロット圧に応じてブームスプールを移動させ、ブームシリンダ７に作動油を流入させる。ブームスプール変位センサＳ１１は、ブームスプールの変位を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ１２にフィードバックする。ブームシリンダ７は、作動油の流入に応じて伸縮し、ブーム４を上下動させる。ブーム角度センサＳ１は、上下動するブーム４の回動角度を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ１３にフィードバックする。機能要素Ｆ１３は、算出したブーム角度αを機能要素Ｆ４にフィードバックする。

機能要素Ｆ２１は、基本的に、機能要素Ｆ６が生成したアーム指令値β^＊と機能要素Ｆ２３が算出したアーム角度βとの差がゼロになるように、アーム比例弁３１Ｂに対するアーム電流指令を生成する。その際に、機能要素Ｆ２１は、アーム電流指令から導き出される目標アームスプール変位量と機能要素Ｆ２２が算出したアームスプール変位量との差がゼロになるように、アーム電流指令を調節する。そして、機能要素Ｆ２１は、その調節後のアーム電流指令をアーム比例弁３１Ｂに対して出力する。

アーム比例弁３１Ｂは、アーム電流指令に応じて開口面積を変化させ、アーム指令電流の大きさに対応するパイロット圧を制御弁１７６のパイロットポートに作用させる。制御弁１７６は、パイロット圧に応じてアームスプールを移動させ、アームシリンダ８に作動油を流入させる。アームスプール変位センサＳ１２は、アームスプールの変位を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ２２にフィードバックする。アームシリンダ８は、作動油の流入に応じて伸縮し、アーム５を開閉させる。アーム角度センサＳ２は、開閉するアーム５の回動角度を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ２３にフィードバックする。機能要素Ｆ２３は、算出したアーム角度βを機能要素Ｆ４にフィードバックする。

同様に、機能要素Ｆ３１は、基本的に、機能要素Ｆ６が生成したバケット指令値γ^＊と機能要素Ｆ３３が算出したバケット角度γとの差がゼロになるように、バケット比例弁３１Ｃに対するバケット電流指令を生成する。その際に、機能要素Ｆ３１は、バケット電流指令から導き出される目標バケットスプール変位量と機能要素Ｆ３２が算出したバケットスプール変位量との差がゼロになるように、バケット電流指令を調節する。そして、機能要素Ｆ３１は、その調節後のバケット電流指令をバケット比例弁３１Ｃに対して出力する。

バケット比例弁３１Ｃは、バケット電流指令に応じて開口面積を変化させ、バケット指令電流の大きさに対応するパイロット圧を制御弁１７４のパイロットポートに作用させる。制御弁１７４は、パイロット圧に応じてバケットスプールを移動させ、バケットシリンダ９に作動油を流入させる。バケットスプール変位センサＳ１３は、バケットスプールの変位を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ３２にフィードバックする。バケットシリンダ９は、作動油の流入に応じて伸縮し、バケット６を開閉させる。バケット角度センサＳ３は、開閉するバケット６の回動角度を検出し、その検出結果をコントローラ３０の機能要素Ｆ３３にフィードバックする。機能要素Ｆ３３は、算出したバケット角度γを機能要素Ｆ４にフィードバックする。

上述のように、コントローラ３０は、作業体毎に、３段のフィードバックループを構成している。すなわち、コントローラ３０は、スプール変位量に関するフィードバックループ、作業体の回動角度に関するフィードバックループ、及び、爪先位置に関するフィードバックループを構成している。そのため、コントローラ３０は、自動制御の際に、バケット６の爪先の動きを高精度に制御できる。

［電気式操作システム］
次に、図６を参照して、本実施形態に係るショベル１００の電気式操作システムについて更に説明する。図６は、本実施形態に係るショベル１００の電気式操作システムの構成の一例を概略的に示す図である。なお、図６では、電気式操作システムの一例として、ブーム４を上下させるブーム操作システムを例に説明する。なお、電気式操作システムは、下部走行体１を前進・後進させるための走行操作システム、上部旋回体３を旋回させるための旋回操作システム、アーム５を開閉させるためのアーム操作システム、及び、バケット６を開閉させるためのバケット操作システム等にも同様に適用され得る。

図６に示す電気式操作システムは、電気式操作レバーとしてのブーム操作レバー２６Ａと、パイロットポンプ１５と、パイロット圧作動型のコントロールバルブ１７と、ブーム上げ操作用の比例弁３１ＡＬと、ブーム下げ操作用の比例弁３１ＡＲと、コントローラ３０と、ゲートロックレバー６０と、ゲートロック弁６２と、を備えている。

操作装置の一例であるブーム操作レバー２６Ａ（操作信号生成部）には、操作量（傾倒量）や傾倒方向を検出可能なエンコーダやポテンショメータ等のセンサが設けられている。ブーム操作レバー２６Ａのセンサで検出されたブーム操作レバー２６Ａの操作に対応する操作信号（電気信号）は、コントローラ３０に取り込まれる。

比例弁３１ＡＬは、パイロットポンプ１５からコントロールバルブ１７（図３に示す制御弁１７５Ｌ，１７５Ｒ参照）のブーム上げ側パイロットポートに作動油を供給するパイロットラインに設けられている。比例弁３１ＡＬは、開度調整が可能な電磁弁であり、コントローラ３０からの制御信号であるブーム上げ操作信号（電気信号）に応じて比例弁３１ＡＬの開度が制御される。比例弁３１ＡＬの開度を制御することにより、ブーム上げ側パイロットポートに作用する、ブーム上げ操作信号（圧力信号）としてのパイロット圧を制御する。同様に、比例弁３１ＡＲは、パイロットポンプ１５からコントロールバルブ１７（図２に示す制御弁１７５Ｌ，１７５Ｒ参照）のブーム下げ側パイロットポートに作動油を供給するパイロットラインに設けられている。比例弁３１ＡＲは、開度調整が可能な電磁弁であり、コントローラ３０からの制御信号であるブーム下げ操作信号（電気信号）に応じて比例弁３１ＡＲの開度が制御される。比例弁３１ＡＲの開度を制御することにより、ブーム下げ側パイロットポートに作用する、ブーム下げ操作信号（圧力信号）としてのパイロット圧を制御する。

コントローラ３０は、比例弁３１ＡＬ，３１ＡＲの開度を制御するブーム上げ操作信号（電気信号）、ブーム下げ操作信号（電気信号）を出力する。これにより、コントローラ３０は、比例弁３１ＡＬ，３１ＡＲ、コントロールバルブ１７（制御弁１７５Ｌ，１７５Ｒ）を介して、メインポンプ１４Ｌ，１４Ｒからブームシリンダ７に供給される作動油の流量及び流れる方向を制御して、ブーム４の動作を制御することができる。

例えば、ショベル１００の手動操作が行われる場合、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａの操作信号（電気信号）に応じてブーム上げ操作信号（電気信号）又はブーム下げ操作信号（電気信号）を生成し出力する。また、例えば、ショベル１００の自動制御が行われる場合、コントローラ３０は、設定されたプログラム等に基づいて、ブーム上げ操作信号（電気信号）又はブーム下げ操作信号（電気信号）を生成し出力する。

ゲートロックレバー６０は、キャビン１０内の乗降口付近に設けられている。ゲートロックレバー６０は、揺動可能に設けられている。操作者は、ゲートロックレバー６０を引き上げてほぼ水平にすることによりゲートロック弁６２を解除状態とし、ゲートロックレバー６０を押し下げることによりゲートロック弁６２をロック状態とする。ゲートロックレバー６０を引き上げた状態において、ゲートロックレバー６０は、キャビン１０の乗降口を遮って操作者がキャビン１０から退出するのを規制する。一方、ゲートロックレバー６０を押し下げた状態において、ゲートロックレバー６０は、キャビン１０の乗降口を開放して操作者がキャビン１０から退出するのを許容する。

リミットスイッチ６１は、ゲートロックレバー６０を引き上げた状態においてＯＮ（通電）となり、ゲートロックレバー６０を押し下げた状態においてＯＦＦ（遮断）となるスイッチである。

ゲートロック弁６２は、パイロットポンプ１５と比例弁３１（３１ＡＬ，３１ＡＲ）との間のパイロットラインに設けられている開閉弁である。ゲートロック弁６２は、例えば、通電時に開き、非通電時に閉じる電磁弁である。ゲートロック弁６２の電源回路には、リミットスイッチ６１が配置されている。これにより、リミットスイッチ６１がＯＮの際、ゲートロック弁６２は開弁する。リミットスイッチ６１がＯＦＦの際、ゲートロック弁６２は閉弁する。即ち、ゲートロック弁６２が解除状態において、ゲートロック弁６２は開弁する。一方、ゲートロック弁６２がロック状態において、ゲートロック弁６２は閉弁する。

ロック状態検出センサ６３は、ゲートロック弁６２が解除状態であるかロック状態であるかを検出する。例えば、ロック状態検出センサ６３は、ゲートロック弁６２とリミットスイッチ６１とを接続する電気回路に設けられた電圧センサ（または、電流センサ）であって、リミットスイッチ６１のＯＮ／ＯＦＦを検出することにより、ゲートロック弁６２の解除状態／ロック状態を検出する。検出結果は、コントローラ３０に出力される。なお、ロック状態検出センサ６３は、レバーの位置を直接検出することにより、ゲートロック弁６２の解除状態／ロック状態を検出する構成であってもよい。

図７は、コントローラ３０の制御の一例を示すフローチャートである。なお、制御フローの開始時において、ゲートロックレバー６０によりゲートロック弁６２がロック状態であるものとして説明する。

ステップＳ１０１において、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａの傾倒を検知したか否かを判定する。なお、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａの操作信号（電気信号）に基づいて、ブーム操作レバー２６Ａの傾倒を検知する。ブーム操作レバー２６Ａの傾倒を検知した場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０２に進む。ブーム操作レバー２６Ａの傾倒を検知していない場合（Ｓ１０１・Ｎｏ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０２において、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａの誤操作と判定する。なお、コントローラ３０は、誤操作と判定した場合、ブーム操作レバー２６Ａの操作信号（電気信号）を無効として、比例弁３１ＡＬ，３１ＡＲにブーム上げ操作信号（電気信号）及びブーム下げ操作信号（電気信号）を出力しない。また、ステップＳ１０２においては、ゲートロック弁６２は閉弁しており、パイロットポンプ１５からの作動油は比例弁３１ＡＬ，３１ＡＲに供給されていない。このため、ブームシリンダ７は駆動しない。また、上記では、コントローラ３０が比例弁３１ＡＬ，３１ＡＲへ操作信号（電気信号）を出力しないものとして説明したが、これに限られるものではない。コントローラ３０は、誤操作と判定した場合、リミットスイッチへの電気信号の出力によりゲートロック弁６２を閉弁させることで、操作レバーの操作を無効にしてもよい。この場合、リミットスイッチはリミットスイッチ６１と別のリミットスイッチを設けてもよい。

ステップＳ１０３において、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａが傾倒していることを示す表示を表示装置４０に表示させる。例えば、表示装置４０にレバーの傾倒を示すアイコンを表示させる。これにより、操作者にブーム操作レバー２６Ａが傾倒していることを報知する。

ステップＳ１０４において、コントローラ３０は、ロック状態検出センサ６３の検出信号に基づいて、ゲートロックレバー６０によりゲートロック弁６２が解除状態であるか否かを判定する。解除状態である場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０５に進む。解除状態でない場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０５において、コントローラ３０は、比例弁３１の制御を無効とする。即ち、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａの操作信号（電気信号）を無効として、比例弁３１ＡＬ，３１ＡＲにブーム上げ操作信号（電気信号）及びブーム下げ操作信号（電気信号）を出力しない。なお、ステップＳ１０５においては、ゲートロック弁６２は開弁しており、パイロットポンプ１５からの作動油が比例弁３１ＡＬ，３１ＡＲに供給される。しかしながら、比例弁３１の制御を無効とするため、コントロールバルブ１７へは作動油は供給されていない。このため、ブームシリンダ７は駆動しない。

また、コントローラ３０は、警報を発報する。例えば、コントローラ３０は、表示装置４０への表示に加えて、音出力装置４３からブーム操作レバー２６Ａが傾倒していることを示す音を出力させる。これにより、操作者にブーム操作レバー２６Ａが傾倒していることを確実に報知することができる。

ステップＳ１０６において、コントローラ３０は、ロック状態検出センサ６３の検出信号に基づいて、ゲートロックレバー６０によりゲートロック弁６２がロック状態であるか否かを判定する。ロック状態である場合（Ｓ１０６・Ｙｅｓ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０１に戻る。ロック状態でない場合（Ｓ１０６・Ｎｏ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０５からステップＳ１０６を繰り返す。

ステップＳ１０７において、コントローラ３０は、ロック状態検出センサ６３の検出信号に基づいて、ゲートロックレバー６０によりゲートロック弁６２が解除状態であるか否かを判定する。解除状態である場合（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０８に進む。解除状態でない場合（Ｓ１０７・Ｎｏ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０８において、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａの傾倒を検知したか否かを判定する。なお、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａの操作信号（電気信号）に基づいて、ブーム操作レバー２６Ａの傾倒を検知する。ブーム操作レバー２６Ａの傾倒を検知した場合（Ｓ１０８・Ｙｅｓ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０９に進む。ブーム操作レバー２６Ａの傾倒を検知していない場合（Ｓ１０８・Ｎｏ）、コントローラ３０の処理はステップＳ１０８を繰り返す。

ステップＳ１０９において、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａの操作量及び操作方向に基づいて、比例弁３１ＡＬ，３１ＡＲを制御する。即ち、ステップＳ１０９においては、ゲートロック弁６２は開弁しており、パイロットポンプ１５からの作動油が比例弁３１ＡＬ，３１ＡＲに供給される。また、コントローラ３０は、ブーム操作レバー２６Ａの操作信号（電気信号）を有効として、ブーム操作レバー２６Ａの操作信号（電気信号）に基づいて、比例弁３１ＡＬ，３１ＡＲにブーム上げ操作信号（電気信号）及びブーム下げ操作信号（電気信号）を出力する。これにより、コントロールバルブ１７のパイロットポートにパイロット圧が供給され、ブームシリンダ７に作動油が供給される。よって、ブーム操作レバー２６Ａの操作に応じて、ブーム４が上下する。

ここで、ショベルにおいて、ゲートロックレバー６０によりゲートロック弁６２をロック状態から解除状態とする際、操作者の服等が操作装置２６のレバーに引っ掛かる等によって、操作者が意図しないレバーの傾倒が生じていることがある。この場合、従来のショベルにおいては、操作者の意図しないアクチュエータの誤動作が生じるおそれがある。

これに対し、本実施形態に係るショベル１００によれば、ゲートロックレバー６０によりゲートロック弁６２がロック状態において操作装置２６が操作された場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、誤操作として検知することができる（Ｓ１０２）。また、操作装置２６として電気式の操作装置を用いることにより、ゲートロックレバー６０によりゲートロック弁６２がロック状態の場合であっても、誤操作（レバーの傾倒）を検知することができる。また、操作者に操作装置２６のレバーの傾倒を報知することにより、ゲートロックレバー６０によりゲートロック弁６２を解除状態とする前に操作装置２６のレバーを中立状態へと戻すことを促すことができる（Ｓ１０３）。

また、操作装置２６のレバーが中立状態で、ゲートロックレバー６０によりゲートロック弁６２を解除状態とすることにより（Ｓ１０１・Ｎｏ、Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、操作装置２６の操作信号（電気信号）が有効となる（Ｓ１０８、Ｓ１０９）。操作装置２６のレバーが中立状態となっているので、ゲートロックレバー６０によりゲートロック弁６２を解除状態とした直後に、操作者の意図しないアクチュエータの誤動作の発生を防止することができる。

一方、操作装置２６のレバーが傾倒したまま、ゲートロックレバー６０によりゲートロック弁６２を解除状態としてゲートロック弁６２を開弁したとしても（Ｓ１０１・Ｙｅｓ、Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、操作装置２６の操作信号（電気信号）を無効とすることにより、操作者の意図しないアクチュエータの誤動作を防止することができる（Ｓ１０５）。また、警報を発報することにより、アクチュエータの動作が無効となっていることを操作者に確実に報知することができる（Ｓ１０５）。

また、比例弁３１の制御を無効とした場合、ゲートロックレバー６０によりゲートロック弁６２をロック状態とし（Ｓ１０６・Ｙｅｓ）、に操作装置２６のレバーを中立状態へと戻した後に（Ｓ１０１・Ｎｏ）、再度ゲートロックレバー６０によりゲートロック弁６２を解除状態とすることで（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、比例弁３１の制御が有効となる（Ｓ１０８，Ｓ１０９）。これにより、操作者の意図しないアクチュエータの誤動作の発生を確実に防止することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説された。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形及び置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。

コントローラ３０は、空間認識装置Ｓ７によりショベル１００の所定範囲内に物体が進入したことを検知した場合、物体の種類と物体までの距離を判断してもよい。また、侵入した物体が人の場合、ステップＳ１０７において解除状態と判定されても、コントローラ３０は、操作装置２６の比例弁への操作信号（電気信号）を無効にする。これにより、作業現場の安全性が向上することができる。

また、ショベル１００の所定範囲内に人が進入した場合、コントローラ３０は、リミットスイッチへの電気信号の出力によりゲートロック弁６２を閉弁を維持させることで、操作装置２６の操作を無効にしてもよい。これにより、作業現場の安全性が向上することができる。

また、コントローラ３０は、通信装置Ｔ１を介して、誤操作の判定記録を管理装置（図示せず）へ送信してもよい。なお、管理装置への送信情報には、誤操作の判定記録と、ショベル１００の機番、操作者情報、日時などが含まれる。

また、上述の実施形態では、コントローラ３０は、旋回用油圧モータ２Ａを自動的に動作させることで上部旋回体３を目標施工面に正対させるようにしている。但し、コントローラ３０は、旋回用電動発電機を自動的に動作させることで上部旋回体３を目標施工面に正対させるようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、操作データは、操作装置又は遠隔操作用の操作装置に応じて生成されるが、所定の動作プログラムにより自動的に生成されてもよい。

また、コントローラ３０は、他のアクチュエータを動作させることで上部旋回体３を目標施工面に正対させるようにしてもよい。例えば、コントローラ３０は、左側走行用油圧モータ１Ｌ及び右側走行用油圧モータ１Ｒを自動的に動作させることで上部旋回体３を目標施工面に正対させるようにしてもよい。

本願は、２０１９年８月８日に出願した日本国特許出願２０１９－１４６１７９号に基づく優先権を主張するものであり、この日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。

１００ ショベル
１Ｒ 右側走行用油圧モータ（アクチュエータ）
１Ｌ 左側走行用油圧モータ（アクチュエータ）
２Ａ 旋回用油圧モータ（アクチュエータ）
７ ブームシリンダ（アクチュエータ）
８ アームシリンダ（アクチュエータ）
９ バケットシリンダ（アクチュエータ）
１７ コントロールバルブ
１７１～１７６ 制御弁
２６ 操作装置
２６Ａ ブーム操作レバー（操作装置）
２６Ｂ アーム操作レバー（操作装置）
３０ コントローラ（制御部）
３１ 比例弁
３１Ａ ブーム比例弁
４０ 表示装置（報知部）
４３ 音出力装置（報知部）
６０ ゲートロックレバー（ゲートロック装置）
６２ ゲートロック弁

Claims (4)

1. パイロット圧に基づいて、アクチュエータに供給される作動油を制御するコントロールバルブと、
   操作信号を出力する電気式操作装置と、
   ゲートロック装置と、
   前記コントロールバルブにパイロット圧を供給するパイロットラインに設けられ、前記ゲートロック装置の状態に応じて開閉し、ロック状態と解除状態とを切り替えるゲートロック弁と、
   前記パイロットラインに設けられる比例弁と、
   前記操作信号が入力され、前記比例弁を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記ゲートロック装置により前記ゲートロック弁が前記ロック状態であって、前記電気式操作装置が操作されている場合、誤操作と判定する、ショベル。
2. 誤操作と判定された場合、その旨を報知する報知部を更に備える、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記制御部は、
   誤操作と判定された場合、前記操作信号を無効とする、
   請求項１に記載のショベル。
4. 前記制御部は、
   前記電気式操作装置が中立状態であって、前記ゲートロック装置により前記ゲートロック弁が前記ロック状態から前記解除状態に切り替わると、前記操作信号を有効とし、
   前記操作信号に基づいて前記比例弁を制御する、
   請求項１に記載のショベル。

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